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504518785銅蟲 (小有名氣)
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石墨烯—改變世界的新材料 我們每個(gè)人都有使用鉛筆的經(jīng)歷，但幾乎沒有人意識(shí)到當(dāng)我們用鉛筆在紙上留下字跡的同時(shí)也不知不覺地制造出了很有可能在不久的將來改變?nèi)祟惿畹男虏牧�。這種目前在科學(xué)界最熱門的材料就是石墨烯。顧名思義，石墨烯與石墨有緊密的聯(lián)系。我們知道，石墨是一類層狀的材料，它是由一層又一層的二維平面碳原子網(wǎng)絡(luò)有序堆疊而形成的。由于層間的作用力較弱，因此石墨層間很容易互相剝離，形成薄的石墨片，這也正是鉛筆能在紙上留下痕跡的原因。這樣的剝離存在一個(gè)最小的極限，那就是單層的剝離，即形成厚度只有一個(gè)碳原子的單層石墨，這就是石墨烯。但長久以來，科學(xué)家們從理論上一直認(rèn)為這種純粹的二維晶體材料是無法穩(wěn)定存在的，一些試圖制備石墨烯的工作也均以失敗而告終。直到2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的A. Geim教授及其合作人員憑借極大的耐心與一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)氣終于如大海撈針般首次發(fā)現(xiàn)了石墨烯。他們采取的手段與鉛筆寫字有異曲同工之妙，即通過透明膠帶對石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開使得石墨片的厚度逐漸減小，最終通過顯微鏡在大量的薄片中尋找到了理論厚度只有0.34納米（約為頭發(fā)直徑的二十萬分之一）的石墨烯。這一發(fā)現(xiàn)在科學(xué)界引起了巨大的轟動(dòng)，不僅是因?yàn)樗蚱屏硕S晶體無法真實(shí)存在的理論預(yù)言，更為重要的是石墨烯的出現(xiàn)帶來了眾多出乎人們意料的新奇特性，使它成為繼富勒烯和碳納米管后又一個(gè)里程碑式的新材料。而Geim教授也憑借這一發(fā)現(xiàn)獲得了2008年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的提名。 石墨烯這一目前世界上最薄的物質(zhì)首先讓凝聚態(tài)物理學(xué)家們驚喜不已。由于碳原子間的作用力很強(qiáng)，因此即使經(jīng)過多次的剝離，石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)依然相當(dāng)完整，這就保證了電子能在石墨烯平面上暢通無阻的遷移，其遷移速率為傳統(tǒng)半導(dǎo)體硅材料的數(shù)十至上百倍。這一優(yōu)勢使得石墨烯很有可能取代硅成為下一代超高頻率晶體管的基礎(chǔ)材料而廣泛應(yīng)用于高性能集成電路和新型納米電子器件中。目前科學(xué)家們已經(jīng)研制出了石墨烯晶體管的原型，并且樂觀地預(yù)計(jì)不久就會(huì)出現(xiàn)全由石墨烯構(gòu)成的全碳電路并廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中。此外，二維石墨烯材料中的電子行為與三維材料截然不同，無法用傳統(tǒng)的量子力學(xué)加以解釋，而必須運(yùn)用更為復(fù)雜的相對論量子力學(xué)來闡釋。因此石墨烯為相對論量子力學(xué)的研究提供了很好的平臺(tái)，而在這之前科學(xué)家們只能在高能宇宙射線或高能加速器中對該理論進(jìn)行驗(yàn)證，如今終于可以在普通環(huán)境下輕松開展研究了。 石墨烯還具有超高的強(qiáng)度，碳原子間的強(qiáng)大作用力使其成為目前已知的力學(xué)強(qiáng)度最高的材料，并有可能作為添加劑廣泛應(yīng)用于新型高強(qiáng)度復(fù)合材料之中。石墨烯良好的導(dǎo)電性及其對光的高透過性又讓它在透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用中獨(dú)具優(yōu)勢，而這類薄膜在液晶顯示以及太陽能電池等領(lǐng)域至關(guān)重要。另外，石墨烯在高靈敏度傳感器和高性能儲(chǔ)能器件方面也已經(jīng)展示出誘人的應(yīng)用前景�？梢哉f，石墨烯的出現(xiàn)不僅給科學(xué)家們提供了一個(gè)充滿魅力與無限可能的研究對象，更讓我們對其充滿了期待，也許在不久的將來，石墨烯就會(huì)為我們搭建起更加便捷與美好的生活。 看了以上的介紹，如果你對石墨烯產(chǎn)生了興趣的話，不妨也可以嘗試著DIY一下。其實(shí)很簡單，只要你一點(diǎn)石墨、有一卷膠帶和一臺(tái)顯微鏡就可以了，當(dāng)然還要加上足夠的耐心。好了，現(xiàn)在你就可以像Geim教授一樣開始在科學(xué)世界中的探索了。 [ Last edited by 504518785 on 2010-5-30 at 21:49 ] |
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2樓2010-05-31 22:34:31
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